利用染料渗透法进行裂纹检测的自动探伤法的制作方法

专利名称：利用染料渗透法进行裂纹检测的自动探伤法的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用染料渗透法(dye penetrant method)进行裂纹检测的自动探伤法，其中用于染料渗透测试的工件是利用含有染料的渗透剂进行处理的，以便使染料集中在表面缺陷上，并经过预定显影(development)时间之后，由至少一台图像记录设备记录下来，然后在图像处理单元中通过扫描和检测染料集中的区域，就缺陷问题对该记录进行评估，最后输出刚被检测的缺陷以及相应的信号。
在诸如连续铸造系统、线端测试等生产要进行连续测试的工件的生产系统中，通过染料渗透测试的自动光探伤是众所周知的。目前，利用染料从工件获取的图像已经通过所述光图像检测手段进行光评估，由本身已众所周知的染料渗透法使其变得可见的缺陷是通过光扫描和图像检测法进行检测的，并通过存储的缺陷逻辑关系加以比较。最近，由于诸如铝或镁合金以及钛合金之类的轻质有色金属已经得到广泛应用，例如，用于铝梁、轻质金属发动机部件等，另外，陶瓷材料的应用范围也不断扩大，例如，用于阀门部件、高应力部分的外壳等，因此，染料渗透测试已经重新引起人们的兴趣。这里所涉及的是在过程控制中对非磁性工件，例如，由镁或铝合金或陶瓷等材料构成的那些工件中的裂纹的例行检查。
因此，这里所涉及的是裂纹检测方法，在这种方法中，以本身已众所周知的方式，利用含有染料的测试试剂，随着染料集中在表面缺陷上，对用于染料渗透测试的工件进行处理，然后，在通过光照设备，例如，在荧光染料情况下的UV(紫外线)光源，以及在适当吸收染料情况下的激光源或其它光源的照射下对其进行评估。
在这种情况中，通常通过如下步骤预备用于染料渗透测试的工件，首先对其进行清洗，如有必要的话进行酸洗，并且使其变干，利用含有染料，尤其是荧光染料的测试试剂进行喷洒，随着染料集中在表示缺陷上，尤其在裂纹上，然后，通过，例如，刮除或擦除的方法消除掉多余的含染料测试试剂，如果合适的话，按照这种方式处理的工件再利用显影液进行处理，然后，经过预定显影时间之后，在UV或可见光作用下进行记录并进行评估。由于在显影之后可以容易检测裂纹的时间非常短，通常在小于一分钟的范围内，因此，应该正好在紧随显影之后的特定的可复制的时间间隔内进行测量。
到目前为止，这些染料渗透检查主要靠操作人员来执行并且靠眼睛来评估。本申请人已经提出了除相关装置之外的这种染料渗透测试方法。由于人在执行这种测试过程中，疲劳会导致频繁的潜在错误，因此，人们已经提出了通过图像处理的自动检测系统，例如，在德国专利申请DE 19639020．6或DE 19645377．1中，在此全文引文以供参考，以免重复。
德国专利DE 39 07 732已经分开了用于监视通过染料渗透法评估表面裂纹的设备的方法，其中监视光源强度和测试试剂的特性，并且在结果不满意的情况下，关闭系统和通过摄像机检验测试样品的品质。但是，监视信号只用于关闭系统，并不提供对测试试剂的含量或光源强度的重新调整，也不管与系统行为有关的数据文件。因此，这种已知的系统只能够执行关闭系统的动作。德国专利申请DE 19645377．1已经公开了对检验和证明系统可靠性和可检验性的实施。
德国专利申请19645377．1提出了自动检验图像记录设备的设置的变化，例如，焦距的变动，或者记录设备与测试样品有关的几何布局的变动，这些变动是很容易改变的，同样地，许多参数对测试有显著影响，例如，清洗剂、测试液、酸洗剂和温度的特性。
就已知方法而论，测试方法及其限制、测试误差及其控制、性能界限、容限信息等等，这些都是今天所需要的，都已经得到监视，以及结果的记录和／或编制和结果的复制，也就是说，检测系统本身的功能内容的检测也得到了保证。如果在测试系统中，尤其在自动测试系统中，在相对长的操作时段内，存在着若干与降低成本或提高要分类为有缺陷的工件可以更可靠地得到评估的确定性有关的观点，那么，这就提供了额外的保障。
利用含有预定义测试缺陷的所谓测试体的规则通过，能够确定这些测试体是否已经得到正确检测，但是，通过这种方法，只有可能确定那些测试体没有得到检测，而不能确定为什么没有得到检测。由于没有建立任何文件，因此既不能显示系统不再满意地工作的点，也不能说明为什么。
在这种情况中，测量是利用渗透剂进行的，由于表面张力现象，渗透剂诱入凹陷和其它表面改变处，例如，缺陷、空隙、细孔、凹陷等。同时，假定在整段时间内渗透剂的变化是，例如，由于在整段时间内与工件的一些成分(例如，残余油脂物、污染物等)混合渗透剂的溶剂蒸发所致的浓缩改变所产生的结果引起的，因此，到目前为止，测量是在利用渗透剂／显影液对工件进行处理之后相对短的时间间隔内进行的，此后，缺陷显示发生改变，这被称为缺陷“开花”(“blooming”)。这意味着渗透剂染料在缺陷上／中的高度集中降低了，染料再次从缺陷中流出，因此，其对比度变得越来越差。因此，利用染料粉末方法的缺陷评估经受了动态改变，它对测量结果产生巨大影响。在整段时间内缺陷显示的这些改变还没有通过已知系统的高自检特性加以考虑。作为缺陷显示的动态结果，由于不能够精确地保持从使用渗透剂／显影液到图像处理单元记录样品之间的时间间隔，因此，常常会发生错误。根据现有技术，由于缺陷显示的动态行为，由于迅速“开花”的结果一些缺陷被高估了，而另一些缺陷则没有检测到，因此，经常发生错误的评估。
因此，尽管利用染料渗透法的裂纹测试系统的可靠性和有效性已经得到改善，但是，仍然存在着浓缩渗透液在很大程度上随着工件的不同而不同的问题。同时，工件的表面情况和渗液液在上面形成的表面张力两者从一种材料到另一种材料也是不同的，缺陷显示的开花依赖于缺陷的类型而发生，也就是说，根据缺陷的深度、材料的多孔性以及表面的光滑性，缺陷显示的开花以不同的速率发生。
因此，本发明的目的是提供一种利用渗透测试检测缺陷的改进方法。
根据本发明，本发明的目的是通过含有下列步骤的发生方法实现的。
在利用渗透剂进行处理之后在至少两个时间(t1、t2)上对同一工件进行记录(A1，、A2)；比较在不同时间(t1、t2)上产生的记录(A1、A2)并通过光图像处理单元中的评估逻辑单元评估比较结果；通过评估逻辑单元输出信号，这些信号表示在与记录(A1，A2)相对应的区域中渗透剂浓度在整个时间间隔(△t1，t2)上的变化，所述变化在用于参考时间差的变化阈值之上；和一评估考虑了工件相关的参数和测试系统相关的操作变量后输出的信号，以生成与裂纹形成有关的评估变量，例如，好／坏信息、或者，通过预定尺寸间隔或在预定表面区域内进行缺陷大小评估。
其它有益的改进可以根据从属权利要求获得。
由于现在可以可靠地获得和评价集中在表面不连续处的染料的动态行为，因此，完全有可能对表面缺陷进行新的评价。利用图像处理方法在几个时间间隔上进行记录并计算对比度之差来获取缺陷显示的时间行为使得有可能通过在数据处理系统这一方自动评价在不同时间上所作的记录之间的差异，对缺陷进行分类、对缺陷进行评价，然后输出特定类型缺陷的显示。
与过去主要靠人进行的评估相比，由于摄像机不会有任何疲劳现象，因此，根据本发明的方法具有可以避免人为缺陷的优点，在对相似图像进行相对长时间研究的过程中这种人为缺陷的发生是不可避免的。
意想不到的是，根据本发明，现在有可能通过缺陷显示在整个时间上的动态行为对缺陷进行分类。在这样一种系统中可以测量并存储初值的事实意味着可以为非常宽范围的样品和测试液范围设置系统。作为通过记录设备评估缺陷显示的结果，现在也有可能写出与受监视的操作变量有关的文件化测试报告。
通过图像记录设备设置窗口和扫描窗口，裂纹缺陷的选择、评估和显示自动地与测试序列(循环时间)相联系，并且从中获取的数据由计算机进行处理来实现光图像处理是有利的。
同时，可以为记录设备作准备以在不变地预定的时间间隔上生成记录。通过提供在固定的时间间隔上生成至少两个记录的单个记录单元，裂纹测试系统的整个尺寸及其成本可以保持在较低水平上，另外，还可以防止使用许多个并不进行完全相同的操作的记录单元所引起的问题。
但是，通过传送设备也能够将工件引导到相同物理定位上进行测试，过去至少两个记录设备K1、K2、…、Kn彼此相隔一定距离排列着的，以便生成由各个记录设备K1、K2、…、Kn在恒定的物理定位上但在利用渗透剂进行处理之后的不同时间上对工件所作的记录A1、A2、…、An，并通过评估逻辑单元将来自各个记录设备的记录A1、A2、…、An进行相互比较，然后，根据记录之间经过的时间间隔，从记录之间的差值形成信号，这些信号对于缺陷的类型或其动态行为来说是重要的。使用传送器和许多个记录设备具有使许多部分很迅速地得到测试的优点。将参考数据△A1，A2以及与记录之间所经过的各个时间间隔之时间差△tn，tn+1相关的数据存储在评估逻辑单元的存储器中是便利的，使评估逻辑单元进行比较以查看所测量的差值是否在规定的参考值范围之内。这使得有可能只选择在特定时间间隔内显示的缺陷。
如果没有设置两次测量之间的固定时间间隔，那么，这可以通过测量图像记录设备在两次记录An，An+1之间的时间差△tn，tn+1并将这个时间间隔△tn，tn+1指定给在这个时间间隔内确定的对比度改变来取代。例如，如果不能使各个部分在预定时间内通过记录设备，这样做是有必要的。
在任何情况下，值得推荐的是让系统的各个组成部件在预定时间间隔上受到监视单元的监视并证监视信号输出，测量值处理单元检验这个监视信号，并因此输出该监视信号。在这种情况下，至少一个图像记录设备的几何布局、焦距和功能；和／或以下在该方法中使用的液体的可操作性测试液、和／或显影液、和／或酸洗液、和／或清洗装置、和或槽数据，例如，槽温度，液面、以及污染物，都由监视设备来检验。这些监视信号可以用于控制该系统和／或它的重新调整单元。
借助于通过根据本发明的方法校验系统的可操作性和质量控制的精确度所产生的效果，一般来说，将监视信号和／或来自测量值处理单元的信号记录在介质上是必要的，也是不可避免的。为此目的，通常还有必要直接测量与工件相关的参数，例如，部件标识号和零件数，如有必要的话，将它们记录下来。监视信号用于重新调整光照强度、和／或光照监视传感器的传感器灵敏度、和／或测试剂的浓度和含量、和／或清洗剂的浓度和含量和酸洗剂的含量、和／或图像记录设备的设备的放置，例如，焦距或灵敏度的几何布局。
作为对系统的“整体测试”(“integraltest”)可以让带有参考缺陷的测试片自动通过，并且可以通过测量它们来检验整个系统的可操作性。
很显然，根据本发明有创造性的方法，通过针对可操作性检验光照系统和监视系统，系统的操作可以得到检验并且保持在同一水平上。通过在预定时间间隔上自动地保证检验系的功能和它的组成，可以给出如下优点首先，现在有可能自动地进行样品上缺陷之间的区分，因此相当大地提高了该方法的精确度和能力。此外，还有可能在整个操作时间上对系统的行为，包括系统的文件编制进行检验。
将参照附图，详细解释本发明的优选实施例，本发明不限于该实施例，但是任何其它实施例对本领域技术人员是熟知的。


图1显示了染料渗透测试法的方块图；图2显示了根据本发明第一实施例的裂纹测试系统的示意图3显示了根据本发明另一个实施例的、含有几个记录设备的裂纹测试系统的示意图。
从图1可以看出，在利用染料渗透法的裂测试法中，首先对大多数情况下是非铁的待测试样品进行预清洗，如有必要的话进行酸洗，然后使其变干，并且利用测试剂，也称为染料渗透剂进行处理。在规定时间间隔之后清除掉多余的染料渗透剂，对工件进行中间清洗，然而利用显影液溶液进行处理。在一定显影时间之后，如有必要的话使工件变干，并在不同的时间对其进行检查，然后，根据不同时间上的不同记录，陈述有关工件的缺陷性，如果合乎需要的话，也可以将其编制成文件。
从图2可以看出，显影过的工件10被作为样品引入测试台，其中示意性地显示了染料渗透剂从染料渗透剂缸12流出通过喷洒嘴喷洒到工件上的应用过程，事实上，样品先通过其它站台，在那里利用清洗和酸洗溶液、显影液溶液和染料溶液进行处理，但这里没有示出这些站台。假定直接将导管引到喷洒头的是测试剂检验和剂量再测量系统(metered redosing system)17，最好是根据德国专利申请DE-A-44 38510．2的那一种。
此处，针对可操作性对测试剂进行检验，并且，如果有必要的话，可以将染料或类似的东西按规定量输入到缸12中。在本实施例利用荧光染料进行操作的情况下，样品由UV光源11照射，UV光源11本身可以按照已知的方式进行监视，其电流因此可以得到重新调整。
来自与循环泵相连接的存储容器12(在较简单实施例通过喷洒手段)、用于标记表面缺陷的测试液13a，通过馈送导管馈送，并通过喷洒系统的喷洒头13喷雾在工件10的整个表面上。测试液分布在整个工件上，染料微粒通过众所周知的物理现象-表面张力作用集中在裂纹上。因此，在这些位置上微粒浓度不断增大。多余的测试液可以去除，例如，通过擦除的方法消除。然后，利用显影液对样品进行处理。经过显影时间之后，对于每种测试布局和样品这个显影时间由实验来决定，用光源11照射工件10的表面。结果是，使测试液中的微粒发荧光或吸收，并且逐渐集中在表面裂纹的区域中的静止微粒被摄像机16记录下来，这个记录存储在图像处理系统22中。在大约20-150秒的时间间隔之后，进行第二次记录，同样地，这个记录存储在图像处理系统22中。现在，由图像处理单元中的评估逻辑单元对运两次记录进行相互比较，并且为可比较值分配时间间隔。如果合乎需要的话，还可以在其它时间进行进一步记录并进行处理。然后，在评估逻辑单元中利用存储的参考值表对计算的可比较值加以比较，这样就确定了图像改变值是位于预定范围之内，还是在预定阈值之上。相应地，可以由评估逻辑单元输出缺陷显示，并可以对其进行分类或舍弃掉所测量的部件。最好，与系统的可操作性相联系的是用于监视或自监视相关操作参数的自检设备，也就是说，将各个操作变量保持在规定值区间之内。如果检验值是在所需测量值范围之外，那么，这样的自检系统可以在规定范围内重新调整，结果是，可以避免诸如由于标记剂的过早替换或由于象UV光源之类的光照装置的过早例行替换所造成的不必要材料浪费。这可以显著地延长测试系统的服务寿命，也可以无中断地运行更长时间，因此，同样地可以降低相关的操作成本，以及有关材料和能源的成本。这种自检设备14最好与文件编制设备30相连接，在文件编制设备30中可以生成测试报告，利用此测试报告可以核实系统的可操作性。
用于实施根据本发明的方法的系统的另一个实施例显示在图3中。在这种情况中，若干组测量单元16、16′、16″可以输出它们的记录，这些记录被馈送到图像处理单元22的各个输入端。在这种情况下，对每个工件10在不同时间至少进行两次记录，并通过，例如，相减确定两个记录之差。这些差值可以馈送到，例如，视觉显示单元20，或者连接在下游的分类设备，这个分类设备自动地将分类成差的部件分离出来。
基于亮度值的数据流的登录不是由摄像机实现的，而是也可以有利地利用二极管单元或诸如本领域技术人员熟悉的其它合适装置来实现。当然，也可以由设备通过远程数据通信来远程建立和存储文件。
现在，首先对测试剂在工件表面上的动态行为进行评估的事实使得出乎意料地能够对缺陷进行分类，这样可以更精确地对舍弃部件与有用部件加以区分，如果可能的话，将部件按品质分成等级，例如，分成A和B品级。
尽管通过本发明的优选实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员应该明白，对其所作的各种变型均在权利要求书的保护范围之内，因此，无论如何，本发明不会受所述实施例的限制。
权利要求
1．一种利用染料渗透法进行裂纹检测的自动探伤法，其中用于染料测试的工件是利用含有染料的渗透剂进行处理的，并使染料集中在表面缺陷上，经过预定显影时间之后，由至少一台图像记录设备进行记录，然后通过扫描和检测染料集中的区域在图像处理单元中对所述记录进行评估，最后输出刚被检测的缺陷以及相应的信号，所述方法包括下列步骤在利用渗透剂进行处理之后在至少两个时间(t1，t2)上对同一工件进行记录(A1，A2)；比较在不同时间(t1，t2)上产生的记录(A1，A2)，并通过光图像处理单元中的评估逻辑单元评估比较结果；通过评估逻辑单元输出信号，这些信号表示在与记录(A1，A2)相对应的区域中渗透剂浓度在整个时间间隔(△t1，t2)上的变化，所述变化在用于参考时间差的变化阈值之上；和评估考虑了工件相关的参数和测试系统相关的操作变量后输出的信号，以生成与裂纹形成有关的评估变量，例如，好／坏信息，或者，通过预定尺寸间隔或在预定表面区域内进行缺陷大小评估。
2．如权利要求1所述的方法，其中，光图像处理是通过图像记录设备设置窗口和扫描窗口，裂纹缺陷的选择、评估和显示自动地与测试序列(循环时间)相联系，并且从中获取的数据由计算机进行处理来实现的。
3．如权利要求1或2所述的方法，其中，所述图像记录设备在不变地预定的时间间隔上生成记录。
4．如权利要求1或2所述的方法，其中，通过传送设备，将工件引导到过去至少两个记录设备(K1、K2、…、Kn)彼此相隔一定距离排列着的相同物理定位上，以便生成由各个图像记录设备(K1、K2…、Kn)在恒定的物理定位上但在利用渗透剂进行处理之后的不同时间上对工件所作的记录(A1、A2、…、An)；和通过评估逻辑单元将来自各个记录设备(K1、K2、…、Kn)的记录(A1、A2、…、An)进行相互比较，并根据记录之间经过的时间间隔，从记录(A1、A2、…、An)之间的差值形成信号。
5．如前面任何一个权利要求所述的方法，其中，用于图像改变(△A1，A2)的参考数据和与记录(A1、A2、…、An)之间所经过的各个时间间隔之时间差(△tn，tn+1)相关的数据存储在评估逻辑单元的存储器中，并且评估逻辑单元作出比较以查看所测量的差值是否在规定的阈值范围内，因而在预定时间间隔内输出只表示缺陷的信号。
6．如权利要求2所述的方法，其中，如果没有固定测试序列的循环时间，那么，通过测量图像记录设备在两次记录(An，An+1)之间的时间差(△tn，tn+1)并将这个时间间隔(△tn，tn+1)指定给在这个时间间隔内确定的对比度(contrast)改变来定义时间间隔。
7．如前面任何一个权利要求所述的方法，其中，由监视单元在预定时间间隔上监视系统的各个组成部件和参数并输出监视信号，测量值处理单元检验这些监视信号，并因此输出这些监视信号。
8．如权利要求7所述的方法，其中系统要监视的各个组成部件和参数是至少一个图像记录设备的几何布局、焦距以及功能；和光照设备的功能和／或在所述方法中使用的液体的可操作性。
9．如权利要求8所述的方法，其中，测试液、显影液和酸洗液应用在所述方法中。
10．如权利要求8所述的方法，其中，受监视的槽数据是各个槽的温度、液面和污染物。
11．如权利要求7所述的方法，其中，监视信号用于控制系统和／或它的重新调整单元。
12．如权利要求1-11的任何一项所述的方法，其中，监视信号和／或来自测量值处理单元的信号都记录在介质上。
13．如前面任何一个权利要求所述的方法，其中，直接测量与工件相关的参数，如有必要，将它们记录下来。
14．如权利要求7-12的任何一项所述的方法，其中，监视信号用于重新调整光照强度、和／或光照监视传感器的传感器灵敏度、和／或测试剂的浓度和含量、和／或清洗剂的浓度和含量和酸洗剂的含量、和／或图像记录设备的设置，例如，焦距或灵敏度的几何布局。
15．如前面任何一个权利要求所述的方法，其中，让带有参考缺陷的测试件自动通过，并且通过测试它们来检验整个系统的可操作性。
全文摘要
本发明涉及根据染料渗透法的在裂纹检测期间使用的自动探伤法。根据此有创造性的方法,利用含有染件的渗透剂处理工件,在此期间染料集中在带有表面缺陷的位置上;并在预定显影时间之后,由至少一台图像记录设备进行记录。另外,在图像处理单元中通过扫描和识别染料集中的区域,就缺陷问题对所记录的图像加以评估。所述方法包括下列步骤:在利用渗透剂对工件进行处理之后在至少两个时间t1,t2上记录同一工件(10)的图像,并且当接收到时,可选择地显影至少两个的记录图像A1,A2;比较记录图像A1,A2并利用信号处理单元(22)的评价逻辑单元对比较结果加以评价;通过评价逻辑单元输出信号,这些信号描绘了渗透剂浓度在整个时间间隔△t1,t2上的变化,所述变化大于关于参考时间差的改变阈值;并且评估测量的与工件有关的参数以便生成裂纹的评估值,例如,好/差的陈述,或者根据预定值间隔或在预间表面区域内进行缺陷值评估。
文档编号G01N21/91GK1293758SQ00800058
公开日2001年5月2日 申请日期2000年1月21日 优先权日1999年1月22日
发明者克劳斯·阿本德 申请人:蒂德检查裂痕设备两合公司